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什么是拉電流和灌電流?

硬件筆記本 ? 來(lái)源:硬件筆記本 ? 2023-04-06 10:28 ? 次閱讀

一、DDR電源

DDR的電源可以分為三類:

1.1 主電源VDD和VDDQ

主電源的要求是VDDQ=VDD,VDDQ是給IO

buffer供電的電源,VDD是給但是一般的使用中都是把VDDQ和VDD合成一個(gè)電源使用。有的芯片還有VDDL,是給DLL供電的,也和VDD使用同一電源即可。

電源設(shè)計(jì)時(shí),需要考慮電壓,電流是否滿足要求,電源的上電順序和電源的上電時(shí)間,單調(diào)性等。

電源電壓的要求一般在±5%以內(nèi)。

電流需要根據(jù)使用的不同芯片,及芯片個(gè)數(shù)等進(jìn)行計(jì)算。由于DDR的電流一般都比較大,所以PCB設(shè)計(jì)時(shí),如果有一個(gè)完整的電源平面鋪到管腳上,是最理想的狀態(tài),并且在電源入口加大電容儲(chǔ)能,每個(gè)管腳上加一個(gè)100nF~10nF的小電容濾波。

1.2 參考電源Vref

參考電源Vref要求跟隨VDDQ,并且Vref=VDDQ/2,所以可以使用電源芯片提供,也可以采用電阻分壓的方式得到。由于Vref一般電流較小,在幾個(gè)mA~幾十mA的數(shù)量級(jí),所以用電阻分壓的方式,即節(jié)約成本,又能在布局上比較靈活,放置的離Vref管腳比較近,緊密的跟隨VDDQ電壓,所以建議使用此種方式。需要注意分壓用的電阻在100~10K均可,需要使用1%精度的電阻。

Vref參考電壓的每個(gè)管腳上需要加10nF的點(diǎn)容濾波,并且每個(gè)分壓電阻上也并聯(lián)一個(gè)電容較好。

1.3 用于匹配的電壓VTT(Tracking Termination Voltage)

VTT為匹配電阻上拉到的電源,VTT=VDDQ/2。DDR的設(shè)計(jì)中,根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同,有的設(shè)計(jì)使用不到VTT,如控制器帶的DDR器件比較少的情況下。如果使用VTT,則VTT的電流要求是比較大的,所以需要走線使用銅皮鋪過(guò)去。并且VTT要求電源即可以提供電流,又可以灌電流(吸電流)。一般情況下可以使用專門為DDR設(shè)計(jì)的產(chǎn)生VTT的電源芯片來(lái)滿足要求(曾經(jīng)使用過(guò)程中用了簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓器也沒(méi)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)什么問(wèn)題,這種方式還是不建議的!)。

而且,每個(gè)拉到VTT的電阻旁一般放一個(gè)10Nf~100nF的電容,整個(gè)VTT電路上需要有uF級(jí)大電容進(jìn)行儲(chǔ)能。

一般情況下,DDR的數(shù)據(jù)線都是一驅(qū)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),且ddr2和ddr3內(nèi)部都有ODT做匹配,所以不需要拉到VTT做匹配即可得到較好的信號(hào)質(zhì)量。而地址和控制信號(hào)線如果是多負(fù)載的情況下,會(huì)有一驅(qū)多,并且內(nèi)部沒(méi)有ODT,其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為走T點(diǎn)的結(jié)構(gòu),所以常常需要使用VTT進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量的匹配控制。

從上面簡(jiǎn)單的介紹可以看到 ,用來(lái)匹配的電源VTT是需要SINK/SOURCE的,這就和我介紹的題目扯上關(guān)系啦,現(xiàn)在我們的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品中全部使用TI的TPS51200,電路簡(jiǎn)單實(shí)用,低成本,詳細(xì)的介紹還是多參考一下TPS51200的datasheet。

下面圖片是在相關(guān)設(shè)計(jì)的示例,僅供參考。

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TPS51200

二、拉電流source和灌電流sink

2.1 拉電流灌電流名詞解釋

一個(gè)重要的前提:灌電流和拉電流是針對(duì)端口而言的,而且都是針對(duì)IC的輸出端口。名詞解釋——灌:注入、填充,由外向內(nèi)、由虛而實(shí)。渴了,來(lái)一大杯鮮榨橙汁,一飲而盡,飽了,這叫“灌”。灌電流(sink current) ,對(duì)一個(gè)端口而言,如果電流方向是向其內(nèi)部流動(dòng)的則是“灌電流”,比如一個(gè)IO通過(guò)一個(gè)電阻和一個(gè)LED連接至VCC,當(dāng)該IO輸出為邏輯0時(shí)能不能點(diǎn)亮LED,去查該器件手冊(cè)中sink current參數(shù)。名詞解釋——拉:流出、排空,由內(nèi)向外,由實(shí)而虛。一大杯鮮橙汁喝了,過(guò)會(huì)兒,憋的慌,趕緊找衛(wèi)生間,一陣“大雨”,舒坦了,這叫“拉”。拉電流(sourcing current),對(duì)一個(gè)端口而言,如果電流方向是向其外部流動(dòng)的則是“拉電流”,比如一個(gè)IO通過(guò)一個(gè)電阻和一個(gè)LED連至GND,當(dāng)該IO輸出為邏輯1時(shí)能不能點(diǎn)亮LED,去查該器件手冊(cè)中sourcing current參數(shù)。

2.2 概念

拉電流和灌電流是衡量電路輸出驅(qū)動(dòng)能力(注意:拉、灌都是對(duì)輸出端而言的,所以是驅(qū)動(dòng)能力)的參數(shù),這種說(shuō)法一般用在數(shù)字電路中。這里首先要說(shuō)明,芯片手冊(cè)中的拉、灌電流是一個(gè)參數(shù)值,是芯片在實(shí)際電路中允許輸出端拉、灌電流的上限值(允許最大值)。而下面要講的這個(gè)概念是電路中的實(shí)際值。由于數(shù)字電路的輸出只有高、低(0,1)兩種電平值,高電平輸出時(shí),一般是輸出端對(duì)負(fù)載提供電流,其提供電流的數(shù)值叫“拉電流”;低電平輸出時(shí),一般是輸出端要吸收負(fù)載的電流,其吸收電流的數(shù)值叫“灌(入)電流”。

對(duì)于輸入電流的器件而言:灌入電流和吸收電流都是輸入的,灌入電流是被動(dòng)的,吸收電流是主動(dòng)的。如果外部電流通過(guò)芯片引腳向芯片內(nèi)‘流入’稱為灌電流(被灌入);反之如果內(nèi)部電流通過(guò)芯片引腳從芯片內(nèi)‘流出’稱為拉電流(被拉出)

2.3 為什么能夠衡量輸出驅(qū)動(dòng)能力

當(dāng)邏輯門輸出端是低電平時(shí),灌入邏輯門的電流稱為灌電流,灌電流越大,輸出端的低電平就越高。由三極管輸出特性曲線也可以看出,灌電流越大,飽和壓降越大,低電平越大。然而,邏輯門的低電平是有一定限制的,它有一個(gè)最大值UOLMAX。在邏輯門工作時(shí),不允許超過(guò)這個(gè)數(shù)值,TTL邏輯門的規(guī)范規(guī)定UOLMAX ≤0.4~0.5V。所以,灌電流有一個(gè)上限。

當(dāng)邏輯門輸出端是高電平時(shí),邏輯門輸出端的電流是從邏輯門中流出,這個(gè)電流稱為拉電流。拉電流越大,輸出端的高電平就越低。這是因?yàn)檩敵黾?jí)三極管是有內(nèi)阻的,內(nèi)阻上的電壓降會(huì)使輸出電壓下降。拉電流越大,輸出端的高電平越低。然而,邏輯門的高電平是有一定限制的,它有一個(gè)最小值UOHMIN。在邏輯門工作時(shí),不允許超過(guò)這個(gè)數(shù)值,TTL邏輯門的規(guī)范規(guī)定UOHMIN ≥2.4V。所以,拉電流也有一個(gè)上限。

可見(jiàn),輸出端的拉電流和灌電流都有一個(gè)上限,否則高電平輸出時(shí),拉電流會(huì)使輸出電平低于UOHMIN;低電平輸出時(shí),灌電流會(huì)使輸出電平高于UOLMAX。所以,拉電流與灌電流反映了輸出驅(qū)動(dòng)能力。(芯片的拉、灌電流參數(shù)值越大,意味著該芯片可以接更多的負(fù)載,因?yàn)椋绻嚯娏魇秦?fù)載給的,負(fù)載越多,被灌入的電流越大)

由于高電平輸入電流很小,在微安級(jí),一般可以不必考慮,低電平電流較大,在毫安級(jí)。所以,往往低電平的灌電流不超標(biāo)就不會(huì)有問(wèn)題。用扇出系數(shù)來(lái)說(shuō)明邏輯門來(lái)驅(qū)動(dòng)同類門的能力,扇出系數(shù)No是低電平最大輸出電流和低電平最大輸入電流的比值。在集成電路中, 吸電流、拉電流輸出和灌電流輸出是一個(gè)很重要的概念。拉即泄,主動(dòng)輸出電流,是從輸出口輸出電流。灌即充,被動(dòng)輸入電流,是從輸出端口流入吸則是主動(dòng)吸入電流,是從輸入端口流入吸電流和灌電流就是從芯片外電路通過(guò)引腳流入芯片內(nèi)的電流,區(qū)別在于吸收電流是主動(dòng)的,從芯片輸入端流入的叫吸收電流。灌入電流是被動(dòng)的,從輸出端流入的叫灌入電流。

拉電流是數(shù)字電路輸出高電平給負(fù)載提供的輸出電流,灌電流時(shí)輸出低電平是外部給數(shù)字電路的輸入電流,它們實(shí)際就是輸入、輸出電流能力。吸收電流是對(duì)輸入端(輸入端吸入)而言的;而拉電流(輸出端流出)和灌電流(輸出端被灌入)是相對(duì)輸出端而言的。

審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:什么是拉電流和灌電流?

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